Δρ. Ευριπίδου Πολύκαρπος C.D.A College Limassol 2014/2015 Θερμική Ισορροπία

Στον οργανισμό παράγεται συνεχώς θερμότητα ως παραπροϊόν του μεταβολισμού και χάνεται διαρκώς προς το περιβάλλον. Όταν ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας είναι ακριβώς ίσος με το ρυθμό απώλειας τότε το άτομο βρίσκεται σε ισοζύγιο θερμότητος.

Απώλεια θερμότητας Οι διάφοροι τρόποι με τους οποίους το σώμα χάνει θερμότητα είναι η ακτινοβολία, η αγωγή και η εξάτμιση. Επίσης σημαντικό ρόλο στην απώλεια θερμότητας με αγωγή και με εξάτμιση διαδραματίζει και η μεταφορά του αέρα. Ακτινοβολία. Απώλεια θερμότητας με ακτινοβολία σημαίνει απώλεια με τη μορφή υπέρυθρων ακτίνων, δηλαδή ενός τύπου ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η απώλεια αυτή αυξάνει όσο ελαττώνεται η θερμοκρασία του περιβάλλοντος.

Αγωγή. Οι ποσότητες θερμότητας που χάνονται με άμεση αγωγή από την επιφάνεια του σώματος σε άλλα αντικείμενα, όπως π. χ. στις καρέκλες είναι πολύ μικρές. Η απώλεια, όμως θερμότητας με αγωγή στον αέρα αντιπροσωπεύει αξιόλογο ποσοστό των συνολικών απωλειών ακόμα και κάτω από φυσιολογικές συνθήκες. Οταν όμως η θερμοκρασία του αέρα που έρχεται σε επαφή με το δέρμα πλησιάσει τη θερμοκρασία του δέρματος, πολύ λίγη ανταλλαγή θερμότητας μπορεί πια να γίνει ανάμεσα στο σώμα και τον αέρα, εκτός αν ο αέρας που θερμάνθηκε απομακρύνεται από το δέρμα στη θέση που έρχεται συνεχώς νέος.

Η μετακίνηση του αέρα και η αφαίρεση θερμότητας από το σώμα με τη μετατόπιση αέριων ρευμάτων ονομάζεται απώλεια θερμότητας με μεταφορά. Στην πραγματικότητα, πρώτα πρέπει να γίνει αγωγή της θερμότητας στον αέρα και ύστερα μεταφορά της με τη μετατόπιση των ρευμάτων του αέρα. Εξάτμιση. Σε κάθε γραμμάριο νερού που εξατμίζεται από την επιφάνεια του σώματος αντιστοιχεί απώλεια θερμότητας ίση, με 0,85 kcal.

Από το δέρμα και τους πνεύμονες γίνεται άδηλη εξάτμιση νερού με ρυθμό 600 ml τη μέρα. Όταν το σώμα υπερθερμαίνεται, απο τους ιδρωτοποιούς αδένες εκκρίνονται στην επιφάνεια του δέρματος μεγάλες ποσότητες ιδρώτα για να εξασφαλιστεί γρήγορη ψύξη του σώματος με εξάτμιση. Η εφίδρωση προκαλείται από τη διέγερση του υποθαλάμου. Οι ώσεις που προκαλούν εφίδρωση, μεταβιβάζονται με τις αυτόνομες οδούς στο νωτιαίο μυελό και από εκεί με τις συμπαθητικές φυγόκεντρες οδούς σε ολόκληρη την έκταση του δέρματος.

Όταν ο καιρός είναι ψυχρός, ο ρυθμός της παραγωγής του ιδρώτα είναι ουσιαστικά μηδέν, ενώ όταν είναι πολύ ζεστός, η μέγιστη παραγωγή ιδρώτα κυμαίνεται από 0,7 λίτρα την ώρα στο μη εγκλιματισμένο άτομο, μέχρι 1,5 λίτρα περίπου την ώρα στο τελείως εγκλιματισμένο. Η υπέρμετρη εφίδρωση μπορεί να εξαντλήσει τους ηλεκτρολύτες και ιδιαίτερα το νάτριο και το χλώριο του εξωκυττάριου υγρού. Το άτομο που ιδρώνει πολύ έντονα μπορεί να χάνει, ώσπου να εγκλιματιστεί και γραμμάρια χλωριούχου νατρίου την ημέρα.

Αντίθετα, μετά από 4-5 εβδομάδες εγκλιματισμού, η απώλεια χλωριούχου νατρίου μπορεί να είναι μόλις 3-5 γραμμάρια την ημέρα. Η μεταβολή αυτή οφείλεται στην αύξηση της έκκρισης αλδοστερόνης, η οποία είναι συνέπεια της εξάντλησης των σωματικών αποθεμάτων χλωριούχου νατρίου.

Το μονωτικό σύστημα του σώματος Το δέρμα, οι υποδόριοι ιστοί και ιδιαίτερα το λίπος των τελευταίων, αποτελούν τη θερμομόνωση του σώματος. Το λίπος έχει ιδιαίτερη σημασία γιατί η αγωγή της θερμότητας με αυτό αντιστοιχεί μόλις στο ένα τρίτο της αγωγής με άλλους ιστούς. Όταν δεν υπάρχει αιματική ροή από τα αυξημένης θερμοκρασίας εσωτερικά όργανα στο δέρμα, οι μονωτικές ιδιότητες του ανδρικού σώματος είναι περίπου ίσες με τα ¾ της μονωτικής ικανότητας της συνηθισμένης ένδυσης, ενώ στις γυναίκες η μόνωση είναι ακόμα καλύτερη.

Αιματική ροή στο δέρμα και μεταφορά θερμότητας Η αυξημένη αιματική ροή στο δέρμα προκαλεί αποτελεσματική αγωγή θερμότητας από τα εσωτερικά τμήματα του σώματος στο δέρμα Τα αιμοφόρα αγγεία διαπερνούν τους υποδόριους μονωτικούς ιστούς και κατανέμονται στις περιοχές του δέρματος. Αμέσως κάτω από το δέρμα βρίσκεται ένα συνεχές φλεβικό πλέγμα που γεμίζει με τη ροή αίματος. Στις πιο εκτεθειμένες περιοχές του σώματος, στα χέρια, τα πόδια και τα αυτιά η αιμάτωση γίνεται, με άμεσες αρτηριοφλεβικές αναστομώσεις, από τα αρτηρίδια στις φλέβες.

Η ταχύτητα της αιματικής ροής μέσα σε αυτό το φλεβικό πλέγμα μπορεί να παρουσιάζει τεράστιες διακυμάνσεις από μόλις λίγο πάνω από το μηδέν όταν ο καιρός είναι ψυχρός μέχρι του 30% του συνολικού όγκου παλμού στο ζεστό καιρό.

Θερμοκρασία του σώματος Η θερμοκρασία του εσωτερικού του σώματος διατηρείται σχεδόν με ακρίβεια στα όρια των ±0,5 ο C, εκτός από τις περιπτώσεις εμπύρετων καταστάσεων. Το φυσιολογικό άτομο μπορεί να εκτεθεί γυμνό σε θερμοκρασίες από 12,7-54 ο C, σε ξηρή ατμόσφαιρα και, η εσωτερική θερμοκρασία του σώματος να διατηρηθεί σχεδόν φυσιολογική. Φυσιολογική θερμοκρασία του σώματος. Καμία συγκεκριμένη τιμή θερμοκρασίας δεν είναι δυνατό να θεωρηθεί ως φυσιολογική, γιατί οι μετρήσεις που έχουν γίνει σε πολλά υγιή άτομα έδειξαν ότι υπάρχει ένα φάσμα φυσιολογικών θερμοκρασιών, με όρια από τους 36,1 ως και πάνω από τους 37,2 ο C.

Ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος Η θερμοκρασία του σώματος ρυθμίζεται σχεδόν αποκλειστικά με νευρικούς μηχανισμούς παλίνδρομης ρύθμισης που ελέγχονται από ένα θερμορυθμιστικό κέντρο που βρίσκεται στον υποθάλαμο. Για να λειτουργήσουν αυτοί οι μηχανισμοί παλίνδρομης ρύθμισης υπάρχουν ανιχνευτές θερμότητας που προσδιορίζουν τη θερμοκρασία του σώματος.

Θερμοϋποδοχείς. Οι πιο σημαντικοί, για τον έλεγχο της θερμοκρασίας του σώματος υποδοχείς είναι οι ειδικοί θερμοευαίσθητοι νευρώνες της προοπτικής περιοχής του υποθαλάμου. Άλλοι σημαντικοί υποδοχείς, ειδικά ευαίσθητοι στη θερμοκρασία είναι : 1. Οι δερματικοί θερμοϋποδοχείς, που διακρίνονται σε υποδοχείς θερμού και ψυχρού ( δέκα φορές περισσότεροι από τους υποδοχείς θερμού ), οι οποίοι μεταβιβάζουν νευρικές ώσεις στο νωτιαίο μυελό και από εκεί στην υποθαλαμική χώρα του εγκεφάλου. 2. Οι υποδοχείς θερμοκρασίας στο νωτιαίο μυελό, στην κοιλιά και, σε άλλους εσωτερικούς σχηματισμούς του σώματος, οι οποίοι επίσης μεταβιβάζουν ώσεις κυρίως ψυχρού στο κεντρικό νευρικό σύστημα.

Ο υποθάλαμος - θερμοστάτης Οι ώσεις που ξεκινούν από περιφερικούς υποδοχείς μεταβιβάζονται στον οπίσθιο υποθάλαμο όπου συνενώνονται με τις ώσεις των υποδοχέων της προοπτικής χώρας και εκλύονται φυγόκεντρες ώσεις ελέγχου της αποβολής και της παραγωγής θερμότητας. Σχεδόν ακριβώς στους 37 ο C αρχίζει η εφίδρωση η οποία αντίθετα σταματά σε οποιαδήποτε θερμοκρασία χαμηλότερη. Σε οποιαδήποτε θερμοκρασία πάνω από τους 37,1 ο C η παραγωγή θερμότητας διατηρείται σχεδόν σταθερή, όταν όμως η θερμοκρασία γινεται χαμηλότερη ενεργοποιούνται οι διάφοροι μηχανισμοί αύξησης της παραγωγής θερμότητας.

Μηχανισμοί απώλειας θερμότητας σε υπερθέρμανση του σώματος Η υπερθέρμανση της προοπτικής θερμοστατικής περιοχής του υποθαλάμου οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού της απώλειας θερμότητας από το σώμα με δύο κύριους τρόπους : 1. Διεγείροντας τους ιδρωτοπιούς αδένες, με συνέπεια την αύξηση της εξάτμισης και 2. Αναστέλλοντας συμπαθητικά κέντρα του οπίσθιου υποθαλάμου, με συνέπεια την άρση του αγγειοσυσταλτικού τόνου των δερματικών αγγείων, που συνεπάγεται αγγειοδιαστολή.

Μηχανισμοί διατήρησης της θερμότητας σε ψύξη του σώματος Όταν η θερμοκρασία στο εσωτερικό του σώματος γίνει μικρότερη από 37 ο C περίπου, ένα από τα πρώτα αποτελέσματα είναι η έντονη σύσπαση των δερματικών αγγείων ολόκληρου του σώματος. Ο οπίσθιος υποθάλαμος ενεργοποιεί τις συμπαθητικές νευρικές ώσεις προς τα δερματικά αιμοφόρα αγγεία με συνέπεια έντονη αγγειοσύσπαση που εμποδίζει την αγωγή της θερμότητας από το εσωτερικό του σώματος προς το δέρμα.

Ένας άλλος τρόπος διατήρησης της θερμότητας όταν ψύχεται ο υποθάλαμος είναι η ανόρθωση των τριχών η οποία όμως δεν έχει μεγάλη σημασία για τον άνθρωπο γιατί οι τρίχες του είναι λίγες. Στα κατώτερα όμως ζώα η ανόρθωση των τριχών έχει ως αποτέλεσμα την παγίδευση μιας παχιάς στιβάδας αέρα έξω από το δέρμα που ενεργεί ως μονωτικό. Παράλληλα σε θερμοκρασία χαμηλότερη από 37 ο C η εφίδρωση αναστέλλεται τελείως και συνεχίζεται μόνο η απώλεια θερμότητας που οφείλεται στην άδηλη εξάτμιση.

Υποθαλαμική διέγερση του ρίγους. Στον οπίσθιο υποθάλαμο, κοντά στο τοίχωμα της τρίτης κοιλίας, βρίσκεται το κύριο κινητικό κέντρο του ρίγους. Η περιοχή αυτή φυσιολογικά αναστέλλεται από ώσεις θερμού από την προοπτική θερμοστατική περιοχή αλλά επηρεάζεται και από ώσεις ψυχρού που προέρχονται από το δέρμα και το νωτιαίο μυελό. Αντιδρώντας στο ψύχος, το κέντρο αυτό ενεργοποιείται και μεταβιβάζει ώσεις προς το εγκεφαλικό στέλεχος, τα πλάγια δεμάτια του νωτιαίου μυελού και των σκελετικών μυών.

Όταν ο τόνος ξεπεράσει ένα κρίσιμο επίπεδο αρχίζει το ρίγος, που είναι πιθανό ότι οφείλεται σε παλίνδρομη δονητική λειτουργία του μυοτατικού αντανακλαστικού της μυϊκής ατράκτου. Κατά το έντονο ρίγος η παραγωγή θερμότητας από το σώμα μπορεί να γίνει 4-5 φορές μεγαλύτερη από τη φυσιολογική. Συμπαθητική διέγερση. Η διέγερση του συμπαθητικού ή η νοραδρεναλίνη και η αδρεναλίνη του αίματος μπορούν να προκαλέσουν άμεση αύξηση του ρυθμού του κυτταρικού μεταβολισμού. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται θερμογένεση. Στον ενήλικο η χημική θερμογένεση αυξάνει το ρυθμο της παραγωγής θερμότητας περίπου 10-15%. Στα παιδιά αυτή η αυξηση μπορει να φθάσει το 100%.

Αύξηση της παραγωγής θερμότητας ως συνέπεια αυξημένης παραγωγής θυροξίνης. Η ψύξη της προοπτικής περιοχής του υποθαλάμου αυξάνει και την παραγωγή της TRH από τον υποθάλαμο. Η ορμόνη αυτή διεγείρει την έκκριση θυρεοειδοτρόπου ορμόνης που με τη σειρά της διεγείρει την αύξηση της παραγωγής θυροξίνης από το θυρεοειδή αδένα. Η αύξηση της θυροξίνης έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του ρυθμού του κυτταρικού μεταβολισμού σε ολόκληρο τον οργανισμό.

Εκτός από τον υποθαλαμικό θερμοστατικό μηχανισμό ελέγχου της θερμοκρασίας του σώματος, υπάρχει ένας ακόμα που βασίζεται σε λειτουργίες της συμπεριφοράς, δηλαδή προκαλείται στο άτομο το ψυχικό αίσθημα της υπερθέρμανσης ή του ψυχρού. Έτσι το άτομο ρυθμίζει το περιβάλλον του με σκοπό να αποκαταστήσει το αίσθημα της άριστης ανεκτής θερμοκρασίας.

Διαταραχές της ρύθμισης της θερμοκρασίας του σώματος Πυρετός. Ο πυρετός, δηλαδή η άνοδος της θερμοκρασίας του σώματος πάνω από τα συνηθισμένα φυσιολογικά όρια, μπορεί να προκληθεί από διαταραχές του ίδιου του εγκεφάλου, από τοξικές ουσίες που επηρεάζουν τα θερμοστατικά κέντρα ή από λοιμώδη νοσήματα, εγκεφαλικούς όγκους ή αφυδάτωση. Πολλές πρωτεΐνες, διάφορα προϊόντα διάσπασης των πρωτεϊνών και ορισμένες άλλες ουσίες, όπως οι λιποπολυσακχαριδικές τοξίνες που εκκρίνονται από μικρόβια, μπορούν να προκαλέσουν άνοδο του ουδού του υποθαλαμικού θερμοστάτη.

Οι ουσίες ονομάζονται πυρετογόνα. Λίγες ώρες μετά τη ρύθμιση του θερμοστάτη σε υψηλότερη τιμή, στην ίδια αυτή τιμή πλησιάζει η θερμοκρασία του σώματος μετά από την ενεργοποίηση όλων των μηχανισμών αύξησης της θερμοκρασίας του σώματος. Θερμοπληξία. Τα όρια της μέγιστης θερμοκρασίας, την οποία μπορεί να ανεχθεί ένα άτομο, εξαρτώνται από το αν η θερμοκρασία είναι ξηρή ή υγρή. Αν ο αέρας είναι τελείως ξηρός και υπάρχουν αρκετά ρεύματα που επιτρέπουν τη γρήγορη εξάτμιση από το σώμα, το άτομο μπορεί να αντέξει αρκετές ώρες σε θερμοκρασία αέρα 55,5 ο C.

Αντίθετα, αν ο αέρας έιναι 100% κορεσμένος σε υδρατμούς ή αν το άτομο βρίσκεται μέσα σε νερό, η θερμοκρασία του σώματος αρχίζει να ανεβαίνει όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος ξεπερνά τους 34,4 ο C. Αν το άτομο εκτελεί βαριά εργασία, αυτό το κρίσιμο επίπεδο θερμοκρασίας είναι δυνατό να κατεβεί στους 29,4 ο C. Όταν η θερμοκρασία του σώματος αυξάνεται πάνω από ένα κρίσιμο επίπεδο (41,1 ως 42,2 ο C) υπάρχει κίνδυνος θερμοπληξάς. Τα συμπτώματα της θερμοπληξίας είναι ζάλη, δυσφορία από το πεπτικό, παραλήρημα, και τελικά απώλεια της συνείδησης.

Βλαπτικά αποτελέσματα από την υψηλή θερμοκρασία. Όταν η θερμοκρασία του σώματος ξεπεράσει τους 41,1-42,2 ο C αρχίζουν να παρουσιάζονται βλάβες του παρεγχύματος πολλών κυττάρων. Τα παθολογοανατομικά ευρήματα σε άτομα που πεθαίνουν από υπερπυρεξία είναι τοπικές αιμορραγίες και παρεγχυματώδης εκφύλιση των κυττάρων του σώματος και ιδιαίτερα του εγκεφάλου.

Αντιπυρετικά. Η ασπιρίνη και ορισμένες άλλες ουσίες γνωστές ως αντιπυρετικά επιδρούν στον υποθαλαμικό θερμοστάτη και χαμηλώνουν τον ουδό με αποτέλεσμα πτώση της θερμοκρασίας του σώματος, συνήθως όμως όχι περισσότερο από ένα βαθμό περίπου.

Έκθεση του σώματος σε υπερβολικό ψύχος Το άτομο που θα βρεθεί σε παγωμένο νερό συνήθως σε διάστημα περίπου λεπτών πεθαίνει από καρδιακή ανακοπή ή από καρδιακή μαρμαρυγή, όταν η θερμοκρασία στο εσωτερικό του σώματος έχει πέσει στους 25 o C. Όταν η θερμοκρασία του σώματος κατεβεί κάτω από τους 29,4 o C, η ικανότητα του υποθαλάμου να τη ρυθμίζει αναστέλλεται τελείως, ενώ μειώνεται πολύ ακόμα κι όταν η θερμοκρασία του σώματος ελαττωθεί κάτω από τους 34,4 ο C.

Η χαμηλή θερμοκρασία μειώνει κατά πολύ την παραγωγή θερμότητας από τα κύτταρα. Παρατηρείται υπνηλία ή ακόμα και κώμα, που καταστέλλουν τη δραστηριότητα των θερμορρυθμιστικών μηχανισμών του κεντρικού νευρικού συστήματος και οδηγούν γρήγορα στο θάνατο.